风电–多端柔直送出系统电压源型控制

为解决风电–多端直流送出系统并网带来的惯量缺失及稳定性问题,该文提出一种适用于受端换流站的电压源型控制策略。在受端换流站利用直流母线等效电容固有动态特性实现无锁相环自主电网同步控制,使受端换流站对交流电网体现为电压源,解决并入弱电网的谐振问题;并在直流侧附加虚拟电阻,使直流侧体现为下垂特性,以协调多受端换流站间的功率分配。此外,受端换流站直流侧电压还能自主响应电网频率变化,自动调节直流系统潮流,从风场或其他电网调用功率,为出现频率偏差的电网提供频率支撑。最后通过PSCAD/EMTDC仿真软件构建四端直流系统仿真算例,验证所提控制方法的有效性。

海上全直流型风电场的电压源型控制

为解决风电场内网交流集电线路的无功充电电流及过电压问题,采用直流汇集和传输并网的全直流风场,将成为大型海上风场电力汇集与并网的一种可行方案。针对大规模全直流风场并网带来的惯量缺失问题,提出一种全直流风场的协调控制方法,包括岸上换流站的惯性同步控制、直流升压站的快速电压控制、直流风电机组的惯量响应及一次调频控制。在这种控制方式下,全直流风场对交流主网体现为一个具有惯量响应与一次调频能力的同步发电机,实现了全直流风场的电压源型控制。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真软件构建全直流风场仿真算例,验证了所提控制方法的有效性。

电压源型双馈风电机组低压穿越控制策略

在电网深度故障情况下,电压源型双馈风电机组控制环节中的惯量和阻尼作用不利于风电机组低压穿越。根据电流源型双馈风电机组的低压穿越策略提出了一种基于模式转换的电压源型双馈风电机组低压穿越控制方法,即在故障期间切换为电流源型控制方式,故障恢复后切换为电压源型控制方式。通过分析双馈风电机组电压源型和电流源型控制结构,提出基于状态变量预同步的柔性模式切换方法,实现了电压源和电流源运行模式的无冲击切换。根据风电机组低压穿越相关规定,制定暂态期间机组冲击电流抑制、有功恢复整定以及动态无功补偿方案,实现了电压源型双馈风电机组在电网深度故障情况下的低压穿越。通过仿真对上述方法的有效性进行了验证。

海上风电–柔直并网系统自同步电压源控制与电网故障穿越

采用柔性直流输电技术送出是大规模海上风电的发展趋势。由于电流控制型的海上风电–柔直并网系统隔离了风电场的惯量,电压源控制方式成为应对新能源主导电力系统稳定运行的一种有效途径。现有海上风电–柔直并网系统的电压源控制研究多集中于控制实现与稳态特性方面,而针对该系统故障控制方面的研究十分匮乏。该文提出一种具备故障穿越能力的海上风电–柔直并网系统自同步电压源控制策略。在受端换流器中,通过子模块能量与同步发电机转子的类比及直流侧的解耦控制,兼顾了对直流母线电压的灵活控制和对电网频率的无锁相环自同步,并改善了通过直流母线电压向送端换流器传递电网频率时的抗扰性能。送端换流器从直流电压中提取电网频率并镜像到其交流侧,辅助海上风电场实现对电网的惯量响应。进一步地,设计受端换流器的电网故障穿越策略,在实现对输出电流限幅的同时,确保了受端换流器的功角稳定。最后,在PSCAD/EMTDC软件中通过仿真验证所提控制方法的有效性。

计及内、外部交互模态的电压源型风电场-电网稳定性量化分析

目前关于电压源控制的研究大多面向单台风电机组,忽略了机组之间的交互作用。为此,探讨了电压源型风电机组的多机交互稳定性问题,给出了电压源型风电场–弱电网系统小信号稳定性分析与稳定裕度的量化评估方法。同时,考虑风电场与电网及风电场内部机组之间两种交互模态,克服了常规多机稳定性分析不考虑机组之间交互模态的缺陷,提高了多机稳定性分析的精度。此外,该稳定性分析方法能够根据稳定裕度量化指标判断多台机组间的交互模态,并对风电场中稳定性较薄弱的机组进行定位,从而有针对性地优化薄弱机组的控制参数,提高风电场的稳定性。研究结果表明,经过稳定性分析与致稳控制,电压源型风电场能够在短路比接近1的弱电网下稳定运行。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果,验证了理论分析的正确性。

提升柔性直流系统惯量主动支撑能力的自同步解耦控制策略

针对电力电子化电力系统低惯量特性引起的频率稳定问题,从挖掘电网输电环节调控潜力的视角出发,提出了提升柔性直流系统惯量主动支撑能力的自同步解耦控制策略。定量分析了利用柔性直流系统能量裕度提升系统惯量水平的可行性,提出了计及子模块电容和电感元件能量裕度的换流站自同步控制策略,在实现无锁相环自同步的同时主动支撑受端系统惯量;在此基础上,为了解决现有控制中直流电压安全约束限制电容能量利用的问题,提出了柔性直流系统直流电压与子模块电容电压解耦控制策略及参数设计方法,通过自适应调节子模块投入数量与电容电压参考值,实现柔性直流系统内储能元件能量裕度的充分利用,并设计了其恢复策略及启动判据,有效提升了受端系统惯量水平和频率稳定性。定量评估了柔性直流系统的惯量支撑能力,并通过实时数字仿真验证了所提控制策略的有效性。

多端柔性交直流配电网接纳电动汽车能力评估方法

电动汽车的大规模接入将对配电网的安全运行产生重大影响,传统交流配电网对电动汽车的接纳能力有限,而多端柔性交直流配电网由于具有良好的潮流控制能力以及较低的线路损耗,相比于传统交流配电网能够有效提升接纳电动汽车的能力。首先,将马尔科夫链与交通网结合,建立了路网耦合下的电动汽车充电负荷时空分布模型。随后,考虑多端柔性交直流配电网中电压源型换流器(VSC)的潮流控制特性,提出了一种多端柔性交直流配电网接纳电动汽车能力的评估方法。最后,通过算例评估了多端柔性交直流配电网直流网络结构以及VSC控制方式对接纳能力的影响。